[发明专利]一种基于间隙逆向补偿的篦齿封严装置

说明书

本发明公开一种基于逆向间隙补偿的篦齿封严装置，主要由封严衬套及转轴上轴向布置的多个封严篦齿组成。对于转子件而言，在与正篦齿相反的方向增加倒篦齿；对于静子而言，封严衬套的右端向转轴方向延至略超过倒篦齿齿尖高度后折向篦齿盘方向，与倒篦齿间形成前腔与后腔。当本发明篦齿封严装置中转子件在工作过程中受到载荷影响产生径向位移时，正篦齿、倒篦齿与封严衬套之间的间隙反向变化，形成逆向间隙补偿，减少了径向位移的偏离量造成泄漏量的增大，极大提高了空气系统的鲁棒性。

技术领域

本发明涉及航空发动机封严领域，具体来说是一种能减小篦齿径向间隙变化的基于间隙逆向补偿的篦齿封严装置。

背景技术

随着航空事业的发展，现代燃气涡轮发动机性能和转速不断提高，压比和涡轮进口温度不断提高，发动机动静件间的封严系统的泄漏问题日益严重，而封严结构的优劣直接影响到发动机的性能，高质量的封严结构可以有效地减少封严系统的泄漏，增加发动机的推重比、减少耗油率，显著提高发动机的效率。有资料表明：未来航空发动机性能的提高，其中一半将取决于封严技术的改进和泄漏量的降低；篦齿结构的几何参数、齿数、篦齿前后压差和篦齿转速在实际应用中都直接影响封严篦齿流动特性和换热特性，进而对发动机装置的效率和燃油消耗率产生影响。对商用飞机，先进的密封技术可以减少航空发动机3％-5％的直接操作费用，降低10％的燃油消耗量。因此，从发动机的燃油消耗率、推重比、可靠性和耐久性等方面考虑，先进的封严技术已成为一项关键的因素。

传统台阶篦齿是一种非接触式动封严结构，如图1所示，由转子1和静子2组成；转子1为篦齿盘，其上盘缘内侧面沿轴向具有2个以上的篦齿3，且沿转子1轴向各篦齿3的高度间存在高度差，呈台阶分布；相邻的两个篦齿3之间形成齿腔4。静子2为转子1外部套设的封严衬套，其侧壁轴向呈台阶状，与转子1轴向各篦齿的高度差匹配；每级台阶周向侧壁对应一个篦齿3的齿顶，每个篦齿3的齿顶与其对应的台阶侧壁间留有间隙。当气流通过篦齿3齿顶与台阶侧壁间的间隙时,被节流加速产生一个射流区，一部分压力能转化为动能，气流碰撞在静子内壁上，产生一个回流区，由于齿腔4的结构将会在齿腔4下部产生一个更大的回流区。由于这些回流区的存在，气流动能在湍流和黏性耗散的作用下转换成热能而消耗掉，最终达到封严效果。

但实际应用中，篦齿在工作过程中常常会因受到载荷而产生径向位移，会改变节流间隙的大小，从而直接影响节流强度，直接影响其流动特性和换热特性，导致篦齿封严效果变差，造成燃气倒灌等危害性事故。理论上节流间隙越小封严效果越强。

发明内容

针对上述问题，本发明提出一种基于间隙逆向补偿的篦齿封严装置，以降低篦齿的径向位移，造成泄漏量的变化，对于提高发动机性能及安全性有着显著作用。

本发明基于逆向间隙补偿的篦齿封严装置，包括篦齿盘与封严衬套。其中，篦齿盘上沿轴向具有2个以上的正篦齿，且沿转子轴向各齿的高度间存在高度差，呈台阶分布。

封严衬套套设于转子外部，侧壁轴向呈台阶状，与转子轴向各齿的高度差匹配，每级台阶周向侧壁对应一个篦齿的齿顶，每个齿的齿顶与其对应的台阶侧壁间留有间隙。

上述篦齿盘上还设计有与正篦齿相反方向的倒篦齿；同时，封严衬套末级台阶轴向延伸形成衬套末端轴向延长段；进一步在衬套末端轴向延长段边缘处沿转子径向延伸形成衬套末端径向段；最后在衬套末端径向段边缘处沿转子轴向反向延伸形成衬套末端反向延长段。由此，使衬套末端轴向延长段、衬套末端径向段与衬套末端反向延长段包裹篦齿盘末端以及到篦齿；倒篦齿的前齿面与衬套末端径向段和衬套末端反向延长段间形成前腔；倒篦齿的后齿面与衬套末端反向延长段间形成后腔。

气流依次经各正篦齿齿顶与封严衬套侧壁间的间隙后，在末级正篦齿的后齿面后方流向发生转折，经篦齿盘末端与衬套末端径向段间流入前腔后，进一步经倒篦齿齿顶与衬套末端反向延长段间形成前腔间的缝隙后到达后腔后流出，通过齿间节流和齿腔涡的耗散作用产生流阻，满足封严要求。

本发明的优点在于：